基于三维随机模拟的傍河型水源地污染物迁移转化规律研究

The development and utilization of groundwater is at great risk in our country because of pollution. The forecasting and warning of groundwater pollution is a rush research program which not only is of theoretic signification but also is an important measure in protecting water resources and pushing on the reasonable development of groundwater resources.This program takes the stream-side source area of the Hun River through Shenyang City as a case study.The research contents are as follows:①Based on the recharging forms of groundwater in the studied area,the pollution mechanisms of stream-side groundwater recharged by channel sewage water will be analysed and the stochastic numerical model which reflects the migration and transform of "three nitrogens" with water amount and water quality in stream-side source area will be established.The stochastic distribution characteristics and transform regularities of "three nitrogens" in stream-side source area will be revealed.②The statistic characteristics and probability distributions of the model parameters reflecting the migration and transform regularities of "three nitrogens" will be determined and the parameter-seeking methods for the forecasting of "three nitrogens" contamination will be established. ③For achieving the unification of numerical stability and numerical precision, a properly volume-limited method will be used to calculate the migration and transform model of "three nitrogens".The pollution mechanisms and the future tendency of the "three nitrogens" in the studied area will be precisely described and forcasted, which presents scientific references for the restore of the groundwater contaminated extensively by "three nitrogens" in stream-side source area.

地下水污染对我国地下水开发利用构成重大威胁。地下水污染的预测预警是急需研究的课题，不仅有理论意义，更是保护水资源，推动地下水资源开发利用向良性发展的重要手段，具有重要实际应用价值。本课题以浑河沈阳市段傍河水源地为研究区，研究以下内容：（1）根据研究区河水补给地下水的形式，分析河道污水对沿岸地下水污染机理，建立反映傍河水源地"三氮"迁移转化过程中的水量、水质联合随机预测数值模型，揭示"三氮"在傍河型水源地的随机分布特征和迁移规律；（2）确定研究区"三氮"迁移转化模型参数的统计特征及其概率分布，建立一套能在"三氮"预测问题中予以推广的求参方法；（3）为达到数值稳定和数值精度的统一，拟采用特征有限体积法对"三氮"迁移转化随机模型进行求解，准确描述和预报研究区"三氮" 污染物的污染机理和污染趋势，对修复大面积遭受"三氮"污染的地下水提供有效的技术支撑。

地下水污染对我国地下水开放利用构成重大威胁。地下水污染的预测预警是急需研究的课题，不仅有理论意义，更是保护水资源，推动地下水资源开发利用向良性发展的重要手段，具有重要实际应用价值。本课题以浑和流域沈阳段水源地的为研究区，综合考虑了研究区的初始条件、边界条件、补给及含水层参数等随机变量，对该研究区的三氮迁移转化规律进行了研究，总结了研究区地下水系统中的三氮形成机理以及污染来源，并建立了三氮迁移转化三维随机预测模型；给出了研究区内氨氮、硝酸盐氮以及亚硝酸盐氮的浓度超标概率分布，分别在0.2mg/l，20mg/l，0.02mg/l左右。.参数估计是模型能否真实反映研究区区域地质和水文地质特征的重要环节也是模型校正及预测的一个根本难点。本次研究尝试使用了许多方法来确定参数，例如，模拟退火算法、遗传算法、微分进化法、卡尔曼滤波法和优化的Monte-Carlo法—LHS方法（拉丁超立方取样法），通过计算比较认为，微分进化法、卡尔曼滤波法和LHS方法要好于其它方法。微分进化法在求解连续优化问题时稳定有效，能较快的收敛到全局最优解；卡尔曼滤波具有较强的噪声抑制能力；本研究将卡尔曼滤波与有限差分法相结合，取得了较好的估计状态。LHS方法是一种多维分层抽样方法，依据各输入参数的统计特征即分布形态以及定义域范围，采用分层即每层的概率相同的取样方法来产生各参数的随机样本；利用LHS方法可以有效地给出模型输出值的统计特性。利用这些求参方法能够使所建立的水质模型真实地反映研究区的地下水动态变化规律。.本课题利用特征—有限体积法对随机水质预测模型进行了求解，克服了以大对流为主的随机水质预测模型所产生的数值振荡现象，并控制了随机参数的波动而带来的解的偏差。只是在个别节点处“氨根”、“硝酸根”、“亚硝酸根”浓度计算值与实测值误差较大，其根源还在探索中。.本课题还基于克里金空间插值方法，建立了关于三氮污染物多目标监测井网优化模型；提出一种较为合理的监测井网分布方案。并对地下水监测网优化问题给出了一个良好的评价标准。